制造金刚石的方法、金刚石、金刚石复合基板、金刚石接合基板和工具与流程

本发明涉及制造金刚石的方法；金刚石；金刚石复合基板；金刚石接合基板；和工具。

背景技术：

金刚石具有许多突出的性能，如高硬度和高导热性，以及另外的高透光率和宽禁带。因此，金刚石被广泛用作如下所用的材料：各种工具，包括诸如钻头、端铣刀、铣床、刀具和刀头的切削工具，以及诸如模具、水或其它流体用射流喷嘴和stichel(ステイツチエル)的耐磨工具；光学部件如窗口和透镜；半导体；以及诸如散热基板的电子部件。据认为，未来金刚石将变得更加重要。

近年来，气相合成法(下文中也称作CVD(化学气相沉积)法)已经能够形成具有相对大的面积的合成金刚石，例如在微波辅助等离子体CVD法的情况下形成直径约6英寸的面积的合成金刚石，且在热丝CVD法的情况下形成约30cm×30cm的面积的合成金刚石。然而，气相合成法在基板上生长合成金刚石，因此，对于仅需要金刚石的应用，必须除去基板从而仅提取金刚石。在使用由不同于金刚石的材料制成的不同种类的基板的情况下，可以通过以下方法除去金刚石。即，使用与所述不同种类的基板发生化学反应的溶液来溶解所述基板从而仅提取金刚石。该方法利用了金刚石不与大多数溶液反应且因此不溶于其中的事实。相比之下，在将单晶金刚石或多晶金刚石用于基板的情况下，需要如下所述的特殊方法。

日本特开平6-234595号公报(专利文献1)公开了如下方法，根据该方法，使用气相合成法交替沉积具有高透光性的第一金刚石层和具有低透光性的第二金刚石层从而形成多层堆叠体，并且对多层堆叠体施加激光以使第二金刚石层吸收激光从而使得第一金刚石层作为金刚石薄板被分离。

日本特开2007-112637号公报(专利文献2)公开了如下方法，根据该方法，使用气相合成法在基板上生长具有低透光性的第一金刚石层和具有高透光性的第二金刚石层从而获得多层堆叠体，从多层堆叠体的上侧或下侧施加激光以转变第一金刚石层，并且对转变的第一金刚石层进行诸如热处理、电化学腐蚀或酸腐蚀的处理且因此除去转变的第一金刚石层，从而分离第二金刚石层。

美国5587210号说明书(专利文献3)公开了如下方法，根据该方法，将离子注入金刚石基板中以在基板中形成非金刚石碳的损伤层，之后通过气相合成法在基板上生长金刚石，并且之后对损伤层进行电化学腐蚀以将生长的金刚石与基板分离。

日本特开2011-060860号公报(专利文献4)公开了如下对基板进行切片的方法，根据该方法，对基板的表面施加激光以在基板中形成改性层，之后对改性层进行腐蚀以将基板切片。

日本特开2012-169363号公报(专利文献5)公开了如下处理基板的方法，根据该方法，对基板的表面施加激光以在基板中形成改性层，之后在改性层处或在改性层附近分割基板。

日本特开2011-060862号公报(专利文献6)公开了如下对基板进行切片的方法，根据该方法，对基板的表面施加激光以在基板中形成改性层，之后在改性层中形成凹槽，并且沿该凹槽将基板除去。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-234595号公报

专利文献2：日本特开2007-112637号公报

专利文献3：美国5587210号说明书

专利文献4：日本特开2011-060860号公报

专利文献5：日本特开2012-169363号公报

专利文献6：日本特开2011-060862号公报

技术实现要素：

技术问题

关于专利文献1的方法，为了通过激光使吸收激光的第二金刚石层充分裂开，需要作为材料中最硬的金刚石的键断裂。对于这种裂开，必须保持激光的强度足够强。此时，在本来用于透过激光的第一金刚石层的表面处，由于表面上的灰尘或表面凹凸的影响，激光的强度可能部分地超过处理阈值，从而造成第一金刚石层也被处理。此外，由于第二金刚石层突然裂开，因此裂开的力可能造成裂开的边界延伸到第一金刚石层中，导致分离的层的表面粗糙的问题。此外，处理的冲击可能造成整体金刚石被破坏。

需要专利文献2的方法以在金刚石中形成转变层。然而，由于与专利文献1的原因相同的原因，整体金刚石被高频率地破坏，并且由于与如下所述的专利文献3和专利文献4相同的原因，转变层的腐蚀变得困难。关于专利文献3和专利文献4，待腐蚀层(下文中也称作损伤层)的厚度相当小，因此腐蚀溶液渗入损伤层的速度相当低。因此，在基板具有较大尺寸的情况下，金刚石与基板分离的速度显著较低，导致生产成本增加的问题。在某些情况下，溶液不能渗入损伤层中，这使得不可能分离金刚石。

关于专利文献5和专利文献6，对改性层施加物理力以分离基板，因此存在所得基板的表面有可能粗糙的问题。此外，如果基板的厚度相对于其尺寸不足够大，则存在基板破碎的问题。

鉴于上述情况，本发明的目的是提供制造金刚石的方法，所述方法能够在短时间内将基板与通过气相合成法在基板上生长的金刚石分离，此外即使当基板或生长的金刚石薄或即使当基板的尺寸大时仍能够实现这种分离，并且提供彼此分离的基板和金刚石的各自的平坦表面。另外，本发明的目的是提供作为工具用材料优异的金刚石、包含所述金刚石的金刚石复合基板、金刚石接合基板和使用所述金刚石的工具。

解决技术问题的技术方案

本发明的一个方面的制造金刚石的方法是通过气相合成法制造金刚石的方法。所述方法包括如下步骤：准备包含金刚石籽晶的基板；通过对所述基板实施离子注入而在自所述基板的主表面起算的预定深度处形成透光性比所述基板低的光吸收层；通过所述气相合成法在所述基板的所述主表面上生长金刚石层；和通过从所述金刚石层和所述基板中的至少一者的主表面施加光以使所述光吸收层吸收光并造成所述光吸收层破碎，从而将所述金刚石层与所述基板分离。根据本方面，在其中在将所述金刚石层与所述基板分离的步骤中从所述金刚石层的主表面施加光的情况下，所述金刚石层的透光性比所述光吸收层高。相比之下，在从基板的主表面施加光的情况下，所述金刚石层的透光性可以比所述光吸收层高或者低。

本发明的一个方面的制造金刚石的方法是通过气相合成法制造金刚石的方法。所述方法包括如下步骤：准备包含金刚石籽晶的基板；通过气相合成法在所述基板的主表面上形成光吸收层，所述光吸收层的透光性比所述基板低、原子空位密度的最大峰值在0.01％以上且20％以下的范围内、或不与形成金刚石晶格的碳键合的碳原子和不同种类的原子的总原子浓度为0.1ppm以上且10％以下；通过气相合成法在所述光吸收层的主表面上生长金刚石层；和通过从所述金刚石层和所述基板中的至少一者的主表面施加光以使所述光吸收层吸收光并造成所述光吸收层破碎，从而将所述金刚石层与所述基板分离。根据本方面，在其中在将所述金刚石层与所述基板分离的步骤中从所述金刚石层的主表面施加光的情况下，所述金刚石层的透光性比所述光吸收层高。相比之下，在从所述基板的主表面施加光的情况下，所述金刚石层的透光性可以比所述光吸收层高或者低。

本发明的一个方面的金刚石包含：金刚石层；和光吸收层，所述光吸收层配置在所述金刚石层的一个表面上并且透光性与所述金刚石层不同，并且所述光吸收层的表面包含如下中的至少一者：长度为100μm以下的金刚石裂纹、最大直径为100μm以下的石墨层、和长度为200μm以上的石墨层。

本发明的一个方面的金刚石包含：金刚石层；和光吸收层，所述光吸收层配置在所述金刚石层的一个表面上并且透光性与所述金刚石层不同，并且所述光吸收层的表面包含如下中的至少一者：凹坑、露出所述金刚石层的近似圆形的区域和近似圆形的石墨层。

本发明的一个方面的金刚石包含：金刚石层；和光吸收层，所述光吸收层配置在所述金刚石层的一个表面上并且透光性与所述金刚石层不同，并且所述光吸收层的晶体应变被转移至所述金刚石层的一部分。

本发明的一个方面的金刚石复合基板包含：如上所述的金刚石；和与所述金刚石接合的不同种类的基板，所述不同种类的基板为不同于金刚石的材料的基板。

本发明的一个方面的金刚石接合基板包含：基板，所述基板具有光吸收层并且包含金刚石籽晶；和配置在所述基板的主表面上的金刚石层。所述光吸收层包含不与金刚石晶格的碳键合的不同种类的原子，并且所述不同种类的原子为选自由如下元素构成的组中的至少一种元素的原子：氢、氮、氧、氦、氖和氩。

本发明的一个方面的工具是使用上述金刚石的工具。

发明的有益效果

根据上述方面，能够提供制造金刚石的方法，所述方法能够在短时间内将基板与金刚石彼此分离，并且使基板和金刚石的各自的分离表面平坦。与通过施加光直接使高强度金刚石键断裂的方法不同，上述方面的方法通过在施加光之前以层的形式注入离子来预先使金刚石键断裂，或者产生在合成金刚石时金刚石键以层的形式断裂的条件。此后，使光仅作用于具有许多原子空位和低透光性的光吸收层，由此通过存在于光吸收层中的不同元素而仅使光吸收层扩展，从而能够在非常低的功率下使得基板与金刚石彼此分离。

与通过离子注入形成石墨层且之后通过电化学腐蚀使其与基板分离的方法相比，上述方面的方法使得可以分离具有12mm、25mm、50mm或大于75mm的直径的大基板。此外，由于离子注入剂量低，因此在离子注入之后形成的外延层具有优异的结晶性。此外，还可以分离导电基板或分离与导电材料接合的金刚石，这是通过电化学腐蚀所不可能实现的。例如，从工具(金刚石接合到工具的柄部)的分离也是可能的。

根据上述方面，能够在室温下将基板与金刚石彼此分离并且以层或板的形式分离的金刚石几乎不受热的影响，因此所述方法可应用于在超过100℃的温度下出现问题的情况。例如，能够分离具有通常在这样的温度下不能得到保持的接合部或接合基板的金刚石、或者焊接到基板或接合到工具等的柄部的金刚石。此外，能够防止在1000℃以上的高温下金刚石自身的性质略有改变的缺点。

根据上述方面，能够提供用作工具材料优异的金刚石、包含所述金刚石的金刚石复合基板、金刚石接合基板和使用所述金刚石的工具。

附图说明

图1(A)～图1(E)是示意性显示本发明的一个方面的制造金刚石的方法的图。

图2(A)～图2(E)是示意性显示本发明的一个方面的制造金刚石的方法的图。

具体实施方式

[本发明实施方案的说明]

首先，将对本发明的方面进行逐一说明。

本发明的一个方面的制造金刚石的方法是：

(1)通过气相合成法制造金刚石的方法，其包括如下步骤：准备包含金刚石籽晶的基板；通过对所述基板实施离子注入而在自所述基板的主表面起算的预定深度处形成透光性比所述基板低的光吸收层；通过所述气相合成法在所述基板的所述主表面上生长金刚石层；和通过从所述金刚石层和所述基板中的至少一者的主表面施加光以使所述光吸收层吸收光并造成所述光吸收层破碎，从而将所述金刚石层与所述基板分离。在其中在将所述金刚石层与所述基板分离的步骤中从所述金刚石层的主表面施加光的情况下，通过气相合成法生长的金刚石层的透光性比所述光吸收层高。相比之下，在从所述基板的主表面施加光的情况下，所述金刚石层的透光性可以比所述光吸收层高或者低。这是因为如下原因：只要籽晶基板由透光性比光吸收层高的金刚石制成，则在将金刚石层与基板分离的步骤中，籽晶基板使从基板施加的光能够到达光吸收层。

本方面的本质在于，通过离子注入预先使金刚石键断裂，而不是通过施加的诸如激光的光使金刚石键断裂，或者通过施加诸如激光的光预先在金刚石中形成改性层或转变层。尽管通过离子注入而注入的各个原子都具有高能量，但是单个原子小，因此通过离子注入而施加到金刚石的总能量小。即，尽管单个原子的能量足以使形成金刚石的碳-碳键断裂，但单个原子的能量显著小于造成整体金刚石破坏的能量。在这种状况下，通过向通过离子注入而引入到金刚石中的原子施加诸如激光的光来提供能量，从而使原子蒸发和膨胀或单纯膨胀以便仅破坏碳-碳键弱化的离子注入界面。根据本方面，与仅通过激光使金刚石键断裂的常规方法相比，能够用显著较小的能量将基板与在其上生长的金刚石彼此分离。

本方面的制造金刚石的方法与常规技术的完全不同之处在于：不使用诸如通过施加光(包括激光)而造成金刚石直接转变或裂开的作用。在金刚石中形成不同层(透光性较低的层)的手段是离子注入而不是施加光。在从金刚石层和基板中的至少一者的主表面施加光之前，预先在金刚石内形成具有较低透光性的层。

通过离子注入，将不同于碳的元素的原子引入包含金刚石籽晶的基板中，或者将弱化金刚石的键的缺陷引入基板中，或者将基板转变为石墨。引入到包含金刚石籽晶的基板中的原子可以是有效的碳、硼或磷的原子，只要它们能够使金刚石键断裂即可。优选地，使用容易气化的不同于碳的元素的原子。由于离子注入造成不同元素的原子或缺陷被引入到基板中，因此基板的表面保持金刚石结构。因此，在通过离子注入形成具有较低透光性的层之后，能够在基板上形成金刚石层。

作为要施加的光，可以使用仅作用于金刚石中的不同元素或金刚石中的石墨并且不直接使金刚石裂开的低功率光。因此，所施加的光将不会破坏除了具有相对较低透光性的层之外的金刚石。

所施加的光作用于金刚石中的某一定量的不同元素或石墨层，以提高所述元素或石墨层的能量，从而造成所述不同元素或石墨碳中的至少一者膨胀并作用于金刚石。因此，由于金刚石中空位的存在而弱化的层部分被迫扩展。只要存在某一定量的不同元素，就不需要石墨层。

所施加的光可以像激光一样扫描。如果能量足够，则可以用光一次照射整个表面。尽管可以在具有较低透光性的层处聚光，但是由于预先产生吸收程度的差异，因此可能不会聚光。在这种情况下，即使当聚光的位置在一定程度上偏离时，光也发挥相同的作用。在任何情况下，能量仅在光聚集点或光吸收层中在短时间内局部地被吸收并且不影响整体的温度。这些特性使得能够在室温下或在具有低熔点的液体中施加光。这并不意味着不应使用室温以外的任何温度下的热。例如，对于预先设定在诸如-50℃、100℃、200℃的任何温度下的基板，都可以适用于本发明。

关于本发明的一个方面的制造金刚石的方法，使光吸收层吸收光从而使光吸收层破碎。这不是通过用光使金刚石键断裂的方法(裂开方法)实现的，而是通过使光吸收层中的不同元素的原子或石墨中的碳气化从而膨胀以将金刚石层与基板分离而实现的。因此，与使金刚石裂开的方法相比，由于能够以较低的功率将光施加到较大的区域(光束尺寸)，因此能够在较短时间内将金刚石层与基板分离。

此外，由于通过离子注入形成光吸收层，因此由于在光吸收层中产生的原子空位而导致光吸收层比其它区域弱，并且力被均匀地施加到空位的平面。因此，在光吸收层破碎后，基板和金刚石层的各自的分离表面是平坦的。较小厚度的光吸收层和较大量的原子空位是优选的，因为它们可增加平坦度。然而，光吸收层的厚度过小会妨碍产生足够的分离力，并且过大量的原子空位使基板最外表面中的金刚石结构劣化，这使得不可能在基板上形成金刚石。因此，离子注入的剂量应该在适当的范围内。

(2)光吸收层的厚度优选为20nm以上且10μm以下，更优选为50nm以上且5μm以下，并且原子空位密度的最大峰值在0.01％以上且100％以下的范围内。更优选地，光吸收层具有100nm以上且1μm以下的厚度，并且原子空位密度在0.1％以上且80％以下的范围内。因此，相对于直接使金刚石裂开的方法或电化学腐蚀石墨层的方法，用于将基板与金刚石彼此分离的时间缩短。光吸收层的厚度及其原子空位可以通过通常的离子注入的模拟来设计。如果原子空位密度高于10％，则石墨为层状，即形成石墨层。如果原子空位密度高于50％，则透射率小于1％并且光吸收层基本上不透射光。原子空位密度是指通过将蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟中产生的原子密度除以理想的金刚石碳密度而确定的值。因此，原子空位密度在数值上可能为100％，这表示石墨层。石墨不是指结晶石墨，而是广义地指基于拉曼光谱在1500cm^-1～1600cm^-1附近具有宽峰的层。

(3)优选使用选自由如下元素构成的组中的至少一种元素的离子实施所述离子注入：氢、氧、氮、氦、氖和氩。作为这样的离子，例如可以使用氢离子、氢分子离子、氧离子、氧分子离子、氮离子、氮分子离子、氦离子、氖离子和氩离子等。这些离子易于通过间接或直接吸收光能而气化。因为大多数入射能量被转换成膨胀能量，所以通过离子注入而注入的元素优选是要气化的元素。不与光吸收层中的金刚石晶格的碳原子键合的原子对构成注入的离子的原子之比为1ppm以上，优选为10ppm以上且更优选为100ppm以上，并且为80％以下，优选为30％以下，且更优选为10％以下。注入的原子不容易与碳键合或注入的原子处于不容易使注入的原子与碳键合的状态的事实是重要的。尽管其他离子可吸收能量以蒸发成气体，但能量效率低。因此，当光吸收层包含上述离子时，在光吸收层吸收光时这些离子气化而膨胀，这进一步促进光吸收层的破碎。

当硼、氮、硅和磷与金刚石中的碳形成四个配位键时，需要与用于使金刚石键断裂的能量相当的能量。因此这是无效的。然而，如碳离子注入一样，当上述元素仅用于使金刚石晶体的键断裂时这是有效的。根据是否形成石墨层(原子空位密度是否为10％以上或透射率是否为40％以下)能够确定金刚石晶体键是否已断裂。不形成四个配位键的凝聚氮或晶格间氮容易气化且是有效的。通过将对于取代型所检测的ESR(电子自旋共振)的量与基于SIMS(二次离子质谱)的总氮量进行比较，能够确定晶格中的碳是否被氮取代。当通过离子注入引入与氮原子的种类不同的不同种类的原子时，晶格的结晶性被大大破坏且因此50％以上的注入的原子不与晶格中的碳原子键合。这是由紧接着离子注入之后的注入的原子的分布与离子注入之后去除无定形成分的氢等离子体处理之后的原子的分布之间的比较确定的，即基于注入的原子已经减少50％以上的事实确定的。当离子注入将易于气化并且不形成四个配位键的原子或分子引入金刚石晶格中时，这些离子被气化而膨胀，这有利于光吸收层的破碎。

(4)光吸收层优选包含通过离子注入而注入的原子，所述原子的原子浓度为0.1ppm以上且30％以下。因此，光吸收层中的碳-碳键已经充分弱化，这有利于通过施加光来使光吸收层破碎。

(5)本发明的一个方面的制造金刚石的方法是通过气相合成法制造金刚石的方法，其包括如下步骤：准备包含金刚石籽晶的基板；通过气相合成法在所述基板的主表面上形成光吸收层，所述光吸收层的透光性比所述基板低、原子空位密度的最大峰值在0.01％以上且20％以下的范围内、或不与形成金刚石晶格的碳键合的碳原子和不同种类的原子的总原子浓度为0.1ppm以上且10％以下；通过气相合成法在所述光吸收层的主表面上生长金刚石层；和通过从所述金刚石层和所述基板中的至少一者的主表面施加光以使所述光吸收层吸收光并造成所述光吸收层破碎，从而将所述金刚石层与所述基板分离。在其中在将所述金刚石层与所述基板分离的步骤中从所述金刚石层的主表面施加光的情况下，通过气相合成法生长的所述金刚石层的透光性比所述光吸收层高。相比之下，在从所述基板的主表面施加光的情况下，所述金刚石层的透光性可以比所述光吸收层高或者低。这是因为如下原因：只要籽晶基板由透光性比光吸收层高的金刚石制成，则在将金刚石层与基板分离的步骤中，籽晶基板使得从基板施加的光能够到达光吸收层。

气相合成法能够通过控制合成条件或在合成期间引入不同的元素，将氢原子或另一种不同元素的原子或缺陷引入在籽晶基板上合成的层中。然而，通常的气相合成法不形成原子空位密度的最大峰值在0.01％以上且20％以下的范围内、或不与形成金刚石晶格的碳键合的碳原子和不同种类的原子的总原子浓度为0.1ppm以上且10％以下的光吸收层，即本实施方案中的光吸收层。用于本实施方案的方法与常规方法不同。

在引入硼、氮、铝、硅、磷等的情况下，基本上常规方法用引入的元素代替碳原子从而将所述元素引入晶格位置。因此，基本上不产生原子空位。在这种方法的情况下，引入的原子与碳原子形成强固的键。

相比之下，在本实施方案中，在生长期间，甚至不同种类的原子与原子空位一起被引入到具有短的键的金刚石晶格中。即，已经发现有意引入至少为原子水平五倍大的扭折(キンク)或台阶(ステツプ)从而一起引入相对大量的不同种类的原子和原子空位的方法。本方法用于形成本实施方案中的光吸收层。光吸收层的原子空位密度的最大峰值为0.01％以上，优选为0.1％以上，并且为20％以下，优选为10％以下。或者，光吸收层的不与形成金刚石晶格的碳键合的碳原子和不同种类的原子的总原子浓度为0.1ppm以上，优选为1ppm以上，更优选为10ppm以上，并且为10％以下，优选为5％以下，更优选为1％以下。

当存在不与金刚石晶格中的碳键合的不同种类的原子时，原子空位密度由于不同种类的原子的影响而增加。对于氦、氖和氩，因为这些元素没有可用的键，所以它们不与碳键合。对于氢、氮和氧，通过将ESR法的分析结果或红外吸收组合振动的分析结果与得到总原子浓度的SIMS分析结果进行比较，能够确定这样的元素是否与碳键合。通过ESR法分析的取代型氮或基于红外吸收(C-H、C-O或C-N振动)分析的原子与碳键合。相比之下，SIMS分析能够检测所有原子，包括不与碳键合的原子。因此，能够将各个分析结果彼此进行比较，以确认金刚石晶格中是否存在与碳键合的原子。

光吸收层中非金刚石相的增加伴随着sp2键的增加及由此导致的导电性的增加。在这种状态下，不同种类的原子不与晶格的碳键合。如果不与晶格的碳键合的不同种类的原子小于0.1ppm，则不可能通过由光的吸收造成的膨胀而与籽晶基板分离。与离子注入法不同，气相合成法不能在基板中形成由100％的石墨层制成的光吸收层。这是因为在形成石墨层之后，不能在石墨层上形成金刚石层。在离子注入法的情况下，将原子空位引入晶体中。因此，离子注入法能够产生如下条件：存在许多原子空位以及不与晶格中的碳键合的许多碳原子和不同种类的原子。相比之下，当通过气相合成法形成光吸收层时，需要在光吸收层上合成结晶金刚石，因此需要在光吸收层中提供适当量的原子空位以及在光吸收层中提供适当量的不与晶格中的碳键合的碳原子和不同种类的原子。因此，通过离子注入法形成光吸收层与通过气相合成法形成光吸收层的不同之处在于，光吸收层中的原子空位的量的最佳值以及不与晶格中的碳键合的碳原子和不同种类的原子的量的最佳值。

本发明的一个方面的制造金刚石的方法如上所述使得光吸收层吸收光从而仅使光吸收层破碎，以便将金刚石层与基板分离。因此，能够在短时间内有效地将金刚石层与基板分离。此外，本方法能够使得到的金刚石层的表面平坦。

(6)优选地，不与所述光吸收层中的金刚石晶格的碳键合的所述不同种类的原子为选自由如下元素构成的组中的至少一种元素的原子：氢、氮、氧、氦、氖和氩。由于这些元素的原子通过施加的光而气化膨胀，因此这对通过由于存在空位而被弱化的金刚石中的层区域被迫扩展以使得光吸收层破碎是有利的。

(7)所述光为脉冲光，并且在用光照射的金刚石层和基板中的至少一者的主表面上的每个脉冲的照射积分通量优选为0.001J/mm²以上且800J/mm²以下，更优选为0.01J/mm²以上且800J/mm²以下，进一步优选为0.1J/mm²以上且800J/mm²以下。脉冲宽度优选为0.01皮秒～10毫秒，更优选为0.1纳秒～1毫秒。脉冲间隔的下限优选为1纳秒，更优选为1微秒，进一步优选为10微秒。脉冲间隔的上限优选为1秒，更优选为10毫秒，进一步优选为1毫秒。重复频率的下限优选为1Hz，更优选为100Hz，进一步优选为1kHz。重复频率的上限优选为1000MHz，更优选为1000kHz，进一步优选为100kHz。脉冲宽度与脉冲间隔之比，即间隔/宽度的比例优选为10～10⁹，更优选为10～10⁶，进一步优选为10～1000。在上述条件下，脉冲光将不会使金刚石层的主表面和基板的主表面破坏。此外，在基板和金刚石层中不产生裂纹，并且只能使光吸收层破碎。

(8)优选地，所述光为脉冲光，并且在用所述光照射的所述金刚石层和所述基板中的至少一者的主表面上的脉冲能量为0.05mJ以上且100mJ以下。脉冲光能够用于在整体金刚石的温度升高之前停止施加光，并且在金刚石冷却后重新开始施加光，因此能够仅升高光吸收层的温度。当脉冲能量小于0.05mJ时，所施加的光不能使光吸收层破碎。相比之下，当脉冲能量大于100mJ时，存在施加的光使除光吸收层之外的金刚石层或基板破坏的可能性。脉冲能量更优选为0.1mJ以上且20mJ以下，进一步优选为0.3mJ以上且3mJ以下。

(9)优选地，所述光为激光，并且所述光扫描用所述光照射的金刚石层和基板中的至少一者的主表面。当使用激光时，能够通过一个脉冲产生强光，并且能够容易地控制例如一个脉冲的强度和脉冲宽度。此外，光的会聚和扩展容易并且能够调节功率密度。此外，能够选择激光的波长，并且能够选择难以被具有较高透光性的金刚石吸收但容易被具有较低透光性的金刚石或被缺陷吸收的光的波长。

(10)优选地，在液体中实施将所述金刚石层与所述基板分离的步骤。因此，能够减少由于施加光而对基板和金刚石层的冲击，并且能够抑制在基板和金刚石层中产生裂纹和/或破坏。

(11)本发明的一个方面的金刚石是如下的金刚石，其包含：金刚石层；和光吸收层，所述光吸收层配置在所述金刚石层的一个表面上并且透光性与所述金刚石层不同，并且所述光吸收层的表面包含如下中的至少一者：长度为100μm以下的金刚石裂纹、最大直径为100μm以下的石墨层、和长度为200μm以上的石墨层。光吸收层是指5nm以上的层。石墨层不一定是石墨的结晶层，并且广义上是指具有在通过拉曼光谱法给出的1500cm^-1～1600cm^-1的拉曼位移附近出现的被称为G带的峰的石墨层。长度为200μm以上的石墨层是指连续形成的且在其中能够画出200μm的直线的石墨层。

对于金刚石，当金刚石的表面被平坦化时，容易除去光吸收层的表面中的金刚石裂纹和/或石墨。因此，这样的金刚石的表面易于平坦化并且该金刚石易于加工以用于各种用途。此外，上述金刚石能够通过上述(1)～(10)所述的制造金刚石的方法来制造。在这种情况下，能够缩短与基板分离的时间并由此降低制造成本。在制造步骤中形成的用于完成分离的光吸收层在本制造步骤之后不消失，而是在籽晶基板与金刚石层彼此分离时部分分散在除分离表面之外的任何空间中，并由此残留。残留的光吸收层作为本实施方案中的金刚石的光吸收层存在。此外，由于在该光吸收层中金刚石键的强度显著减弱，因此光吸收层容易加工。即使当光吸收层残留时，当金刚石与另一种材料接合时，光吸收层也作为缓冲材料。相比之下，在像以往方法一样通过电化学腐蚀分离金刚石层的情况下，主要成分为金刚石并且石墨成分已被除去因而不存在。然后，为了除去作为分离表面的损伤部位的随机划痕，需要对周围的金刚石进行抛光，这是困难的。因此，分离表面的面积越大，去除的难度越高。

(12)本发明的一个方面的金刚石是如下的金刚石，其包含：金刚石层；和光吸收层，所述光吸收层配置在所述金刚石层的一个表面上并且透光性与所述金刚石层不同，并且所述光吸收层的表面包含如下中的至少一者：凹坑、露出所述金刚石层的近似圆形的区域、和近似圆形的石墨层。凹坑、露出金刚石层的近似圆形的区域和近似圆形的石墨层可以各自是一排基本上成直线状的凹坑、圆形区域或圆形石墨层。在光吸收层的表面中，凹坑的开口或露出金刚石层的近似圆形的区域具有1μm～100μm的直径和25nm～10μm的深度，并且近似圆形的石墨层具有1μm～100μm的直径和25mn～10μm的厚度。在凹坑、露出金刚石层的近似圆形的区域或近似圆形的石墨层基本上以比凹坑、圆形区域或石墨层的半径短的间隔排列的情况下或直径超过200μm的情况下，圆形形状难以识别，并且其可以为包络线的形状或近似的直线。凹坑、露出金刚石层的近似圆形的区域和近似圆形的石墨层能够例如用扫描电子显微镜、光学显微镜或微分干涉显微镜进行观察。当通过例如上述(1)～(10)的制造金刚石的方法使光吸收层吸收光时，由于光吸收层的膨胀而分别产生凹坑、露出金刚石层的近似圆形的区域和近似圆形的石墨层，并且因诸如激光的脉冲光的扫描而以基本上成直线状的凹坑、圆形区域或圆形石墨层的形状产生。因此，尽管近似圆形的形状不是正圆，但是其能够被清楚地识别为圆形形状，而不是三角形或四边形形状。此外，尽管线形不是直线的形式，但是考虑到位置波动，其能够被平均地识别为直线。对于金刚石，当对金刚石的表面进行平坦化时，光吸收层表面中的金刚石裂纹和/或石墨容易除去。因此，这样的金刚石的表面易于平坦化并且该金刚石易于加工以用于各种用途。此外，上述金刚石能够通过上述(1)～(10)所述的制造金刚石的方法制造。在这种情况下，能够缩短与基板分离的时间并由此降低制造成本。

(13)本发明的一个方面的金刚石是如下的金刚石，其包含：金刚石层；和光吸收层，所述光吸收层配置在所述金刚石层的一个表面上并且透光性与所述金刚石层不同，并且所述光吸收层的晶体应变被转移至所述金刚石层的一部分。以下述方式评价光吸收层的晶体应变是否转移。在本实施方案的光吸收层中，许多金刚石键断裂，因此金刚石的结晶性显著劣化。相比之下，在金刚石层的最外表面中，以能够外延生长金刚石的方式留有金刚石的最小周期性结构。该最外表面的结晶性能够通过RHEED(反射高能电子衍射法)或RBS(卢瑟福背散射光谱法)的沟道法以单晶进行评价。

RHEED以具有良好结晶性的高压合成单晶金刚石为基准来评价结晶性。对于其中形成光吸收层的单晶金刚石，RHEED的一个衍射斑点处的强度的半值宽度(当表面平坦时，衍射斑点是称作条纹图案的垂直线。在这种情况下，强度的半值宽度在垂直于线的方向上)是高压合成单晶金刚石的相同点(相同位置)处的值的1.0倍以上，优选1.3倍以上，且更优选1.5倍以上。

对于优异的单晶，当应用RBS的沟道法时，在沟道状态(晶轴和施加的离子的各自取向确切相同的状态)下的取向产率(アラインイ一ルド)(沟道状态下的背散射量)与随机产率(ランダムイ一ルド)(在显著偏离沟道状态的状态下的背散射量)之比即(取向产率)/(随机产率)的比例X_最小(chi最小)值为5％以下。对于光吸收层，其为6％以上，优选为8％以上且更优选为10％以上，并且为98％以下。

上述评价方法可以用于检查金刚石层的一个表面。然后，可发现晶体应变是否转移。转移的晶体应变不是位错而是波动(摇らぎ)，因此随着金刚石的生长而愈合。因此，生长的金刚石的最外表面的结晶性优于转移光吸收层的结晶性的表面的结晶性。优选地，金刚石层保持如下状态：在生长的金刚石(生长温度以下，1300℃以下)中保持杂质组成或应变，并且外延膜中的杂质或应变的凝聚等不会由于在1000℃以上或1300℃以上的温度下的退火等而改变。这是因为如下原因：优选为了用作工具用材料而进行优化从而不容易缺损的金刚石材料不发生变化，或者期望为了用作散热器或窗口用材料而进行优化的翘曲量或裂纹减少比例不因退火而改变。因为电场不通过导电层传递，所以导电层的电化学分离是困难的，并且仅可通过上述(1)～(10)的制造金刚石的方法实现分离。通过其注入了离子的分离表面未被抛光或退火的事实对于保持基板没有翘曲的状态是有用的。

(14)金刚石优选包含电阻率为10^-4Ω·cm以上且小于10⁹Ω·cm并且厚度为1μm以上的层。电阻率更优选为10^-4Ω·cm以上且小于10⁶Ω·cm，进一步优选为10^-4Ω·cm以上且小于10³Ω·cm，且尤其优选为10^-4Ω·cm以上且小于50Ω·cm。当金刚石包含能够赋予导电性的程度的杂质时，该金刚石比绝对高纯度材料的“弯曲”能力高，因此该金刚石裂纹的可能性减小。这种金刚石是不易缺损的材料，并且适合用于工具。

(15)优选地，所述金刚石为厚度为50μm以上并且仅由电阻率为10^-4Ω·cm以上且小于10⁹Ω·cm的层形成的自立的单体。电阻率更优选为10^-4Ω·cm以上且小于10⁶Ω·cm，进一步优选为10^-4Ω·cm以上且小于10³Ω·cm，且尤其优选为10^-4Ω·cm以上且小于50Ω·cm。当金刚石包含能够赋予导电性的程度的杂质时，该金刚石比绝对高纯度材料的“弯曲”能力高，因此该金刚石裂纹的可能性减小。这种金刚石是不易缺损的材料，并且适合用于工具。

(16)优选地，所述金刚石每10mm的垂直位移为100μm以下，并且具有直径为12mm以上的主表面尺寸。每10mm的垂直位移更优选为50μm以下、25μm以下和10μm以下。主表面的直径的尺寸更优选为50mm以上、75mm以上、100mm以上和150mm以上。每10mm的垂直位移的值越大，意味着金刚石的翘曲越大。此外，50mm以上的直径的主表面尺寸的事实意味着能够在主表面中绘制具有50mm以上的直径的圆。因此，金刚石翘曲程度较小或没有翘曲并且具有大的尺寸，这使得金刚石能够适用于各种工具。

(17)在作为所述自立的单体的金刚石中，所述金刚石的一个主表面中的金刚石晶体的平均粒径与所述金刚石的另一个主表面中的金刚石晶体的平均粒径之差优选不大于所述一个主表面中的所述金刚石晶体的平均粒径和所述另一个主表面中的所述金刚石晶体的平均粒径中较大的一者的50％。平均粒径是通过用扫描电子显微镜(SEM)观察金刚石表面而获得的粒径的平均值，且观察的区域的每一边的尺寸是金刚石中心(表面重心)部分的粒径的10倍大。因此，在晶界的比例方面，前表面与后表面基本相同。因此，前表面和后表面在内部应力和热膨胀系数方面基本上彼此相同。因此，在不同使用温度下的翘曲量方面基本上没有差别，并且具有能够在不同使用温度下制作没有翘曲的基板的效果。

(18)本发明的一个方面的金刚石复合基板是如下的金刚石复合基板，其包含：上述(11)～(17)中任一项的金刚石；和与所述金刚石接合的不同种类的基板，所述不同种类的基板为不同于金刚石的材料的基板。所述金刚石复合基板可应用于如下用途：包含离子注入层并且与诸如切削刀具的工具接合的材料能够以安装状态沿着离子注入层分离。在这种情况下，切削刀具的柄部等对应于不同种类的基板。

(19)本发明的一个方面的金刚石接合基板是如下的金刚石接合基板，其包含：基板，所述基板具有光吸收层并且包含金刚石籽晶；和配置在所述基板的主表面上的金刚石层，所述光吸收层包含不与金刚石晶格的碳键合的不同种类的原子，并且所述不同种类的原子为选自由如下元素构成的组中的至少一种元素的原子：氢、氮、氧、氦、氖和氩。光吸收层中的不同种类的原子的含量的下限优选为0.1ppm，更优选为1ppm且进一步优选为10ppm。其上限优选为80％，更优选为30％且进一步优选为10％。光吸收层的厚度优选为20nm以上且10μm以下，并且优选等于或大于金刚石层的厚度50μm。从这样的接合基板，能够通过脉冲光分离金刚石层从而制造本发明的金刚石。该金刚石接合基板可以直接用于工具或散热器。即使在作为工具或散热器的金刚石与不同种类的基板接合的状态下，也能够沿着光吸收层将与基板接合的金刚石分离。

(20)本发明的一个方面的工具是使用上述(11)～(17)中任一项的金刚石的工具。因此，能够获得具有较少缺损或翘曲的优异工具。

[本发明的实施方案的详情]

下文中将参考附图对本发明实施方案中的制造金刚石的方法、金刚石、金刚石复合基板、金刚石接合基板和工具的具体实例进行说明。需要说明的是，本发明不限于所示的实例，而是由权利要求限定，并且意在使本发明包括与权利要求等价的意义和范围内的所有变体。

[第一实施方案]

<制造金刚石的方法>

图1(A)～图1(E)是示意性显示本发明实施方案的制造金刚石的方法的图。本发明实施方案中的制造金刚石的方法是通过气相合成法制造金刚石的方法，且包括如下步骤：准备包含金刚石籽晶的基板1(图1(A))；通过对基板1实施离子注入而在自基板1的主表面起算的预定深度处形成透光性比基板1低的光吸收层2(图1(B))；通过气相合成法在基板1的主表面上生长金刚石层3(图1(C))；和通过从金刚石层3和基板1中的至少一者的主表面施加光(图1(D-1)、图1(D-1))以使光吸收层2吸收光并造成光吸收层2破碎，从而将金刚石层3与基板1分离(图1(E))。在从金刚石层3侧施加光的情况下，金刚石层3的透光性比光吸收层2高。相比之下，在从基板1侧施加光的情况下，金刚石层3的透光性没有特别限制，即其透光性可以比光吸收层2高或者低。在此，透光性和光吸收分别是指对用于分离的光的波长的透光性和光吸收。

(准备基板的步骤)

首先，参考图1(A)，准备包含金刚石籽晶的基板1。

基板1可以是单晶金刚石或多晶金刚石。或者，基板1可以是在基本相同的方向上键合的镶嵌单晶(モザイクの単結晶)，或者在硅基板或铱基板上生长的异质外延金刚石。考虑到单晶金刚石更昂贵和有助于增强本实施方案的效果的事实，优选单晶金刚石。在任何情况下，与通过电化学腐蚀分离的方法相比，基板的尺寸越大对于缩短时间越有效，因此优选基板的尺寸大。此外，在基板没有翘曲的情况下，虽然如果基板的尺寸大则通过电化学腐蚀不能分离基板，但是在本实施方案中能够分离这样的基板。优选地，基板1具有高结晶性。具有高结晶性的基板1使得在基板1上形成的金刚石层3也具有高结晶性。基板1优选为通过高温高压合成法制造的单晶金刚石。通过高温高压合成法制造的单晶金刚石具有结晶性高的均质晶体结构。然而，基板可以是通过气相合成法制造的单晶金刚石。此外，可以通过对通过本实施方案中的制造金刚石的方法获得的金刚石进行加工来获得基板。即，可以再次使用已经分离过一次的基板1作为基板1，或者可以将已经分离过一次的金刚石层3平坦化以用作基板1，或者可以重复它们。

为了有效地增加金刚石层3的厚度(在图1(C)中的上下方向)，基板1的主表面优选为(001)面。此外，为了增强金刚石层3的晶体的均质性，基板1的主表面对(001)面的偏角可以优选为0°以上且15°以下、更优选为1.5°以上且10°以下。

基板1的厚度优选为100μm以上且1000μm以下，更优选为300μm以上且800μm以下。由此，在形成光吸收层的步骤中，能够在自基板1的表面起算的预定深度的位置处在基板1中形成具有预定厚度的光吸收层2。在此，将基板1的厚度定义为在基板1的主表面的中心附近测定的厚度。尽管基板1的主表面的形状没有特别限制，但是主表面可以是例如四边形、多边形或圆形。基板1的主表面可以是平坦的、或者是凹透镜或凸透镜的形状，或者可以是具有矩形形状、梯形形状、棱锥形状等的突起和凹坑的表面。

(形成光吸收层的步骤)

接下来，参考图1(B)，通过对基板1实施离子注入(图中箭头所示的向下方向)而在自基板1的主表面起算的预定深度处形成透光性比基板1低的光吸收层2。

通过主要使用的离子的种类、注入能量和注入剂量，可以调节要形成的光吸收层2的自基板的表面起算的深度以及光吸收层2的厚度。离子注入层的设计能够通过如TRIM的蒙特卡罗模拟的基本精确的计算进行预测。

注入能量优选为80keV以上且10000keV以下，更优选为180keV以上且350keV以下。注入剂量优选为3×10¹⁵个离子/cm²以上且5×10¹⁷个离子/cm²以下，更优选为1×10¹⁶个离子/cm²以上且1×10¹⁷个离子/cm²以下。当注入能量和注入剂量各自落在上述范围内时，能够破坏在基板1中形成光吸收层2的区域中的金刚石结构，以形成具有较低透光性的光吸收层2，而基板1的主表面的结晶性保持在能够通过气相合成法进行外延生长的程度。过低的注入能量或过高的注入剂量可能造成最表面中的金刚石的晶体结构被破坏。在这种情况下，可能不能在离子注入之后在最表面上合成金刚石。即使能够在其上合成金刚石，由于离子注入层上的合成气氛的影响仍可能难以分离金刚石。过高的注入能量使得注入层太厚，这使得难以获得基板和金刚石层的平坦的分离表面。过低的注入剂量使得难以在本发明的光照射条件下完成分离。

光吸收层2的透光率优选比基板1的透光率低1％以上，更优选低5％以上，进一步优选低20％以上。“低1％以上”是指例如相对于没有光吸收层的基板1的65％的透光率，形成有光吸收层2的基板1的透光率为64％以下。在此，透光率Ta是由考虑了多重内部反射的如下表达式(1)表示的值。

Ta＝l_tl₀ 表达式(1)

此外，考虑了多重反射的反射率Ra和单反射率R分别由如下表达式(2)和(3)表示。

Ra＝l_r/l₀ 表达式(2)

R＝(n0-nf)²/(n0+nf)² 表达式(3)

(在表达式(1)中，l₀是入射光的强度，l_t是透过介质后的发射光的强度，l_r是插入介质后的反射光的强度，n₀是空气的折射率，n_f是金刚石的折射率，且x是介质的厚度)。

透光率能够用普通分光光度计进行测定。光吸收层的透射率是相对于具有较高透光性的层的值，并且不减去反射率而得到，即该值仍包括反射率。因此，因为反射率为28％以上，所以即使当对紫外线、可见光、近红外线辐射的透光率为100％时，透射率也不会超过72％。由于光吸收层的厚度非常小，因此即使当透光率改变1％时，吸收系数也在很大程度上变化，这是非常有效的。

对于在将金刚石层与基板分离的步骤中使用的光的波长，光吸收层2的吸收系数优选为基板1的吸收系数的5倍以上大且更优选为30倍以上大。在此，光吸收系数是由考虑了多重内部反射的如下表达式(4)表示的值。

μ＝(log_e((l_t/l₀)/((l_r/l₀)/R-1)))/x 表达式(4)

(在表达式(4)中，μ是光吸收系数，l₀是入射光的强度，l_t是透过介质后的发射光的强度，l_r是插入介质后的反射光的强度，R是由表达式(3)表示的单反射率R，且x是介质的厚度)。

当使用包含多个波长的光源时，透光率和吸收系数是指对于包含在光源中的波长和波长范围中的表示最大吸收能量的波长的透光率和吸收系数。

当基板1与光吸收层2之间的透光率或光吸收系数的关系落在上述范围内并且对基板1施加光时，施加到基板1的光透过用光照射的基板1并且被光吸收层2有效吸收。因此，能够缩短使光吸收层2破碎所需的时间。

对于要注入的离子的种类，可以使用能够降低光吸收层2的透光率的任意元素的离子。例如，可以使用能够注入的所有元素的离子，例如碳、硼、氮、氧、磷、氖、氢、氦、铝、硅、硫和氩的离子。金刚石中的碳、硼、氮和磷的配位数为四，因此这些元素不适合作为用于本发明的元素。然而，在离子注入的情况下，为了使注入的离子以配位数为四的方式配位，需要排开其它原子，导致生成除4之外的配位数，这使得所述元素对于本发明是有效的。特别地，优选使用选自由如下离子构成的组中的至少一种离子：氢离子、氢分子离子、氧离子、氧分子离子、氮离子、氮分子离子、氦离子、氖离子和氩离子。这些离子容易被光能气化。因此，在光吸收层包含这些离子的情况下，当使光吸收层吸收光时，所述离子气化膨胀，这促进光吸收层的破碎。

光吸收层2自基板1的主表面起算的深度优选为0.05μm以上且10μm以下，且更优选为0.1μm以上且1μm以下。因此，因施加的光而破碎的层的厚度足够小并且能够防止分离的失败。基板1的主表面在此是指通过其实施离子注入的表面。自基板1的主表面起算的深度是指基板1的主表面与最接近基板1的主表面的光吸收层2的中心之间的距离(该中心是最大吸收的位置)。

光吸收层2的厚度优选为20nm以上且10μm以下，更优选为50nm以上且5μm以下，且进一步优选为100nm以上且1μm以下。因此，因施加的光而破碎的层(分离所需的层)的厚度足够小，并且能够确保金刚石层和基板的分离表面的足够的平坦度。

光吸收层2的原子空位密度的最大峰值优选在0.01％以上且100％以下的范围内，更优选在0.1％以上且100％以下的范围内，且还更优选在0.1％以上且80％以下的范围内，或光吸收层2的不与形成金刚石晶格的碳键合的碳原子和不同种类的原子的总原子浓度优选为1ppm以上，更优选为10ppm以上，进一步优选为100ppm以上，优选为30％以下，更优选为5％以下且进一步优选为1％以下。当不与形成金刚石晶格的碳键合的原子是碳原子时，似乎难以确定这样的原子是否与金刚石晶格的碳键合。然而，当额外的碳原子进入金刚石晶格时，通常至少90％的注入的碳原子不能与晶格中的碳键合。在碳原子以及除碳原子之外的不同种类的原子的情况下，施加到光吸收层的机械冲击或剥离试验造成以50％以上的概率(面积比率)在光吸收层与金刚石层之间的界面处分离。这也能够用于确定原子是否与金刚石晶格中的碳键合。由于在原子空位的位置处不存在原子，因此空位周围的原子的键的强度降低。因此，当光吸收层2吸收光时，光吸收层从作为破碎起点的原子空位破碎。原子空位密度在上述范围内能够促进光吸收层2的破碎。如果原子空位密度的最大峰值小于0.01％，则光吸收层的破碎的起点较少，导致光吸收层破碎所需的功率和/或时间增加。在这种情况下，具有高透光性的金刚石也被损坏。当离子剂量大于5×10¹⁷cm^-3并且在原子空位密度达到100％之后的注入时间过长时，将不会合成要在顶部表面上形成的金刚石或者即使当合成金刚石时也不能分离。原子空位密度的值通过可见光或近红外透射率的测定获得。由通过利用恒定注入能量的离子注入的模拟获得的原子密度和透射率的标准曲线，能够计算原子密度。原子密度由相对于在室温下的理想碳原子密度的百分比表示。因此，当确定用于离子注入的条件时，能够在不进行测定的条件下确定原子空位密度。

尽管能够通过不包含石墨但包含原子空位的集合的光吸收层2实现分离，但光吸收层2可以还包含石墨层。石墨层优选是基于拉曼光谱具有许多sp2键的层，而不是具有结晶π键的石墨。在这种情况下，光吸收层2的光吸收造成光吸收层从起点即石墨层的界面破碎。具有许多π键的石墨层使分离相当困难，因为在通过其注入离子的顶部表面上合成金刚石是困难的。因此，空位的密度具有上限。关于通过如上所述的离子注入形成光吸收层2，能够通过在随后形成金刚石层3之后再次实施离子注入并对金刚石层3的表面进行抛光以使表面平坦或不对其进行抛光来形成光吸收层2。此外，可以重复上述操作以形成多个光吸收层2。

(生长金刚石层的步骤)

接下来，参考图1(C)，通过气相合成法在基板1的主表面上生长金刚石层3。气相合成法没有特别限制。作为气相合成法，可以使用热丝CVD法、微波等离子体CVD法、燃烧火焰法、直流等离子体CVD法、直流电弧放电等离子体法等。特别地，因为可混入较少非期望的杂质，所以微波等离子体CVD法是优选的。具体地，例如将基板1放置在真空室中，将真空室中的压力设定为2.66kPa～53.2kPa，将室内的温度升高至800℃～1200℃，然后引入诸如甲烷的烃类气体、氢气以及诸如惰性气体或氮气的添加气体以在基板1的主表面上外延生长金刚石层3。尽管可根据需要添加添加气体，但可以不添加添加气体。金刚石层3生长的方向是图1(C)中向上的方向。基板1的主表面的面取向被转移至金刚石层3的顶部表面。

当在将金刚石层与基板分离的步骤中从金刚石层的主表面施加光时，通过气相合成法生长的金刚石层的透光性比光吸收层高。相比之下，当从基板的主表面施加光时，金刚石层的透光性可以比光吸收层高或者低。这是由于如下原因。只要籽晶基板是透光性比光吸收层高的金刚石，则在将金刚石层与基板分离的步骤中，就允许光通过籽晶基板到达光吸收层。

关于金刚石层3与光吸收层2之间的透光率的关系，光吸收层2的透光率优选比金刚石层3的透光率低1％以上，更优选低5％以上，进一步优选低20％以上。透光率在此是由上述表达式(1)表示的值。

关于金刚石层3与光吸收层2之间对施加的光的波长的吸收系数的关系，光吸收层2的吸收系数优选比金刚石层3的吸收系数大5倍以上，且更优选30倍以上。光吸收系数在此是由上述表达式(4)表示的值。

当光吸收层2与金刚石层3之间的透光率或光吸收系数的关系落在上述范围内时，施加到金刚石层3的光透过金刚石层3并且被光吸收层2有效吸收。因此，能够缩短使光吸收层2破碎所需的时间。

为了使金刚石层3的透光率比光吸收层2高，优选使添加气体的量充分小于甲烷气体的量(0.1％以下)，或者将添加气体的量设定为零。或者，优选降低甲烷的浓度(相对于氢气为5％以下)。或者，优选升高基板温度(至1100℃以上)。当以上述方式控制添加气体和甲烷的浓度以形成具有高结晶性的金刚石层时，即使当在基板上留有原子级的扭折或台阶时，也能够形成具有相对高的透光率的金刚石层。合成金刚石的条件不限于上述条件，并且可以使用本领域技术人员用于合成透明金刚石的通常已知的条件而不会有问题。

在用于合成透明金刚石的通常条件下，可以充分形成具有低透光性的层，特别是透光性比高压Ib型金刚石低的层。在其中在通常的合成条件下合成的金刚石不具有足够的透光性的情况下，能够从籽晶基板侧(从高压Ib金刚石侧)施加用于分离的光，从而将基板与金刚石彼此分离。需要说明的是，需要将光的焦点设置在光吸收层。

金刚石层3可以是单晶或多晶。单晶更昂贵并且有助于增强本实施方案的效果，因此是优选的。金刚石层3可以是导电的或电绝缘的。由于大多数用于工业用途的金刚石是电绝缘的，因此金刚石层3优选是电绝缘的。需要说明的是，在需要通过添加杂质来将柔软性控制为“翘曲”或“弯曲”的情况下，优选将杂质添加到金刚石层3中。在这种情况下，当需要通过添加硼或磷来控制柔软性时，优选同时赋予导电性。这是因为如下原因：当赋予金刚石层导电性时，导电性的大小能够用作控制要添加的杂质的量的指标。在将金刚石用于特殊用途用电极等的情况下，优选金刚石层3是导电的。在这种情况下，金刚石层3阻碍电场进入光吸收层2，由此基于电化学腐蚀的常规方法是不适用的并且金刚石层3不能与基板分离。导电金刚石层能够通过将用于置换的硼或磷添加到金刚石晶体中而获得。在获得添加有硼或磷的金刚石层3的情况下，尽管金刚石层3的透光性可以比光吸收层2低，但能够根据掺杂浓度通过如上所述的从基板侧施加光来解决所述问题。

对于要自立的金刚石层3，金刚石层3的厚度优选为50μm以上，更优选为100μm以上。对于不易于破碎的金刚石层3，金刚石层3的厚度优选为300μm以上，且更优选为500μm以上。当将不同种类的基板接合到金刚石层3上时，金刚石层3的厚度优选为1μm以上，且更优选为5μm以上。即使在接合部分处存在光散射或由于导电性而存在光的反射，或者耐热性不足，但因为能够从基板1侧施加光，所以本实施方案仍然能够将金刚石层3与基板1分离而不损坏基板1或金刚石层3。

(将金刚石层与基板分离的步骤)

接下来，参考图1(D-1)和图1(D-2)，从金刚石层3和基板1中的至少一者的主表面施加光4。参考图1(E)，使光吸收层2吸收光4且因此使光吸收层2破碎，从而将金刚石层3与基板1分离。由于光吸收层2通过离子注入形成，因此光吸收层2包含原子空位或石墨。石墨不是结晶的，而是在拉曼光谱下含有大量sp2的层。即，石墨不是在π键处容易分离的材料。光吸收层2吸收光4造成光吸收层2的温度升高，造成金刚石中的不同种类的原子或不与金刚石晶格的碳键合的原子(包括碳原子)膨胀，从而造成光吸收层2从弱的部分即原子空位或石墨的界面破碎。此时，光吸收层2能够被迫扩展而不影响金刚石层3。光吸收层2通过经由预先形成的光滑或平坦表面的离子注入形成。因此，基板1与金刚石层3之间的界面凹凸较少。因此，在光吸收层2吸收光而破碎之后，基板1和金刚石层3各自的分离表面具有小的表面粗糙度。分离表面的表面粗糙度在光吸收层的厚度的数量级上，因此表面粗糙度能够小于10μm且甚至小于1μm。

如图1(D-1)所示，可以从金刚石层3的主表面施加光4。如图1(D-2)所示，也可以从基板1的其上形成有金刚石层3的主表面相反侧的主表面施加光4。用光照射的最外层可以是在一定程度上粗糙的表面。这与即使当CD的表面雾化时也能够提取CD中的信息的原理是相同的。因此，即使当用光照射的最表面是粗糙的时，光也能够被光吸收层适当地吸收。

作为施加的光的光源，可以使用脉冲激光器、CW激光(连续波激光)器、闪光灯、脉冲灯等。特别地，当使用发射脉冲光的光源如脉冲激光器、闪光灯、脉冲灯等时，能够在整体金刚石的温度升高之前停止施加光并且能够在金刚石冷却之后重新开始施加光，因此能够仅升高光吸收层的温度。因此优选使用发射脉冲光的光源。脉冲灯是指可以是连续照射型但是仍然通过使用屏蔽板以物理地阻挡光或改变光路而基本上发射脉冲光的灯。

在使用脉冲光作为从光源发射的光的情况下，在用光照射的金刚石层3和基板1中的至少一者的主表面上的每个脉冲的照射积分通量优选为0.001J/mm²以上且800J/mm²以下，更优选为0.01J/mm²以上且800J/mm²以下，进一步优选为0.1J/mm²以上且800J/mm²以下，且尤其优选为0.1J/mm²以上且10J/mm²以下。脉冲宽度优选为0.01皮秒以上且10毫秒以下，更优选为0.1纳秒以上且10毫秒以下，进一步优选为0.1纳秒以上且1毫秒以下，且尤其优选为1纳秒以上且1毫秒以下。脉冲间隔优选为1纳秒以上，更优选为1微秒以上，更优选为10微秒以上，优选为1秒以下，更优选为10毫秒以下且进一步优选为1毫秒以下。重复频率优选为1Hz以上，更优选为100Hz以上，进一步优选为1kHz以上，优选为1000MHz以下，更优选为1000kHz以下，且进一步优选为100kHz以下。脉冲间隔对脉冲宽度之比，即间隔/宽度的比例优选为10～10⁹，更优选为10～10⁶且进一步优选为10～1000。因此，光能造成只有光吸收层的温度升高而不造成金刚石层和基板的温度升高。因此，在不破坏金刚石层和基板的各自表面并且在基板和金刚石层中不产生裂纹的情况下，能够仅使光吸收层破碎。如果脉冲光的每个脉冲的照射积分通量小于0.1J/mm²，则使光吸收层破碎所需的脉冲数变多，或者脉冲光不能使光吸收层破碎。相比之下，如果脉冲光的每个脉冲的照射积分通量大于800J/mm²，则能够损坏基板或金刚石层的表面或内部晶体结构。如果脉冲宽度小于0.1纳秒，则能量处于使金刚石键断裂的水平，因此这会影响金刚石层3而使表面粗糙或破坏表面。为了消除这些缺点，需要将施加的光的功率设定为低功率，以便不使金刚石的键断裂，并且减小脉冲间隔，以便增加对气体施加的能量并防止整体基板的温度升高。通过设计诸如组合具有较短脉冲间隔的光和具有较长脉冲间隔的光、或者将焦点移出光吸收层、或者在液体中施加光的方案，例如，能够防止金刚石层和基板的分离表面粗糙化或被破坏。如果脉冲宽度小于0.01皮秒，则金刚石键断裂，这使得难以防止表面粗糙化或被破坏。

脉冲光的脉冲宽度优选为0.01皮秒以上且10毫秒以下，更优选为0.1纳秒以上且10毫秒以下，进一步优选为0.1纳秒以上且1毫秒以下，且尤其优选为1纳秒以上且1毫秒以下。如果脉冲宽度小于0.01皮秒，则金刚石的键直接断裂并且出现诸如裂纹的问题。因为有助于不与晶格的碳键合的碳、硼和磷的气化，所以脉冲宽度为0.01皮秒以上且小于0.1纳秒是有效的。因为有助于氢、氧、氮和惰性元素的气化，所以脉冲宽度为0.1纳秒以上是有效的。相比之下，大于10毫秒的脉冲宽度不仅影响光吸收层，而且影响整体基板的温度升高。

施加的光优选为激光。激光的使用使得能够实现容易地改变脉冲宽度和强度的效果和能够选择适合于吸收的波长的效果。作为激光器，根据光吸收层的吸收波长，可以使用固体激光器、液体激光器、气体激光器等。具体地，可以使用玻璃激光器、YAG激光器(YAG：钇铝石榴石)、YLF激光器(YLF：氟化钇锂)、CO₂激光器、准分子激光器、Yb掺杂的光纤激光器等。此外，可以通过SHG(二次谐波生成)等获得诸如波长是它们的两倍或三倍长的波长并加以使用。

能够根据光吸收层的吸收波长适当地选择激光的波长。例如，激光波长优选为250nm以上且400nm以下，且更优选为450nm以上且550nm以下。此外，波长更优选为1μm以上且2μm以下。即，由于形成的光吸收层与透光层之间的吸收系数之差较大，因此较长的激光波长是优选的。

优选地，激光扫描金刚石层3或基板1的主表面。扫描速度由脉冲间隔(频率)和光的尺寸(激光束尺寸)确定。操作速率优选为(脉冲频率)×(光束尺寸)的2倍以上且(脉冲频率)×(光束尺寸)的30倍以下，且更优选为5倍以上且20倍以下。因此，能够提高加工表面的平坦度并且能够在短时间内有效地完成分离而不浪费。

优选在液体中实施将金刚石层3与基板1分离的步骤。因此，能够减小施加的光对基板1和金刚石层3的冲击并且因此能够抑制在基板1和金刚石层3中产生裂纹。液体没有特别限制，只要所述液体能够减少激光的冲击即可。例如，可以使用纯水、各种水溶液、各种油等作为液体。

优选在降低环境温度的同时实施将金刚石层3与基板1分离的步骤。因此，能够减少由于施加的光而造成的基板1或金刚石层3的热膨胀并且因此能够抑制在基板1或金刚石层3中产生裂纹。能够通过引入例如制冷剂气氛、或使用冷却的纯水、各种水溶液、各种油等来降低温度。

分离的基板1和金刚石层3各自的分离表面具有小的表面粗糙度。在将分离的金刚石层3用作工具的情况下，可能需要使表面平坦。由于金刚石层3的分离表面具有小的表面粗糙度，因此金刚石层3能够容易地被加工成工具。此外，为了再次使用分离的基板1作为基板用于外延生长，需要使表面平坦。由于基板1的分离表面具有小的表面粗糙度，因此基板1能够容易地被加工成基板。最终，在不对基板进行再加工的条件下，能够通过相同的工艺实施离子注入且然后能够在CVD外延生长之后使用激光器来完成分离。

分离的基板1和金刚石层3的表面粗糙度(Ra)优选为3μm以下，更优选为小于0.3μm。因此，所述表面能够容易地被加工成平坦表面。在此表面粗糙度(Ra)是指以下述方式确定的算术平均粗糙度。从粗糙度曲线中，提取在粗糙度的平均线的方向上具有基准长度的粗糙度曲线的一部分。将X轴定义为提取部分的平均线的方向，并将Y轴定义为垂直放大的方向。然后，用y＝f(x)表示粗糙度曲线。然后，将由下面的表达式(3)确定并以微米(μm)表示的值用作表面粗糙度Ra。

对于分离的金刚石层3的分离表面，可以粘附基板的一部分1a。在这种情况下，金刚石层3的分离表面的表面粗糙度是指包括基板的一部分1a的分离表面的表面粗糙度。

基板1能够通过普通机械抛光进行平坦化，并且能够获得0.1nm的Ra。当通过基板的表面注入离子以形成光吸收层时，光吸收层的表面具有与基板1相等的Ra。通过光进行的分离造成平坦度降低。然而，例如通过设计减小要分离的光吸收层的厚度、降低光扫描速率、或使用最小可能的功率的方案，能够改善平坦度。

关于在本实施方案中沿着光吸收层2的分离，即使当存在多个光吸收层时，也可以从最上层的光吸收层依次设置照射的焦点且因此可以施加光从而将层逐个分离。此外，光吸收层2的表面可能不是完全平坦的。即，基板1或金刚石层3中的碳-碳键的量显著大于光吸收层2中的碳-碳键的量。因此，即使当照射的焦点稍微偏离光吸收层2时，也可适当完成分离，只要将光功率阈值设定在光吸收层2与基板1之间或设定在光吸收层2与金刚石层3之间即可。

[第二实施方案]

图2(A)～图2(E)是示意性显示本发明实施方案中的制造金刚石的方法的图。本发明实施方案中的制造金刚石的方法是通过气相合成法制造金刚石的方法，且包括如下步骤：准备包含金刚石籽晶的基板21(图2(A))；通过气相合成法在基板21的主表面上形成光吸收层22，所述光吸收层的透光性比基板21低、原子空位密度的最大峰值在0.01％以上且20％以下的范围内、或不与形成金刚石晶格的碳键合的碳原子和不同种类的原子的总原子浓度为0.1ppm以上且10％以下(图2(B))；通过气相合成法在光吸收层22的主表面上生长金刚石层23(图2(C))；和通过从金刚石层23和基板21中的至少一者的主表面施加光(图2(D-1)、图2(D-2))以使光吸收层22吸收光并造成光吸收层破碎，从而将金刚石层23与基板21分离(图2(E))。当在将金刚石层与基板分离的步骤中从金刚石层的主表面施加光时，通过气相合成法生长的金刚石层的透光性比光吸收层高。相比之下，当从基板的主表面施加光时，金刚石层的透光性可以比光吸收层高或者低。这是因为如下原因。如果籽晶基板是透光性比光吸收层高的金刚石，则在将金刚石层与基板分离的步骤中，能够从籽晶基板侧施加光并通过籽晶基板到达光吸收层。

本方面的本质是在合成金刚石期间预先形成弱的金刚石键，而不是通过施加诸如激光的光使金刚石键断裂或不是通过施加诸如激光的光在金刚石中形成改性层或转变层。对于常规的金刚石生长，各个层均产生强的金刚石键。对于本方面的光吸收层，生长含有原子空位并且碳-碳键部分断裂的金刚石。在形成某一定程度的层之后，再次形成具有较少原子空位的仅含有金刚石键的层。此后，施加诸如激光的光以向光吸收层提供能量从而仅使弱的碳-碳键断裂。此时，例如，以包含除碳原子之外的原子如氦原子、氩原子、氢原子和氮原子的方式合成光吸收层更有效。然后，所述除碳原子之外的原子位于空位或晶格间的位置，这有助于将所施加的光的能量转换成用于这些原子的膨胀的能量。该方法还能够通过光能量将基板与在基板上生长的金刚石层分离，与仅通过激光使键断裂的常规方法相比，所述光能量明显更小。通常难以生长其中碳-碳键部分地断裂至能够用诸如激光的小能量进行分离的程度的金刚石。关于这一方面，生长其中键部分断裂并且还包含原子空位的金刚石的光吸收层，因此即使通过具有较小能量的光，也能够将基板与在基板上生长的金刚石层分离。

第二实施方案中的制造金刚石的方法与第一实施方案中的制造金刚石的方法的不同之处在于，形成光吸收层的步骤和生长金刚石层的步骤，而准备基板的步骤和将金刚石层与基板分离的步骤在这些方法中是相同的。因此，结合第二实施方案，将对形成光吸收层的步骤和生长金刚石层的步骤进行说明，并且将不重复其他步骤的说明。

(形成光吸收层的步骤)

参考图2(B)，通过气相合成法在基板21上形成光吸收层22。在如下条件下实施气相合成法：使光吸收层22的原子空位密度的最大峰值在0.01％以上且20％以下的范围内、或使不与形成金刚石晶格的碳键合的碳原子和不同种类的原子的总原子浓度为0.1ppm以上且10％以下。或者，在如下条件下实施气相合成法：使光吸收层22在8ppm以上且80000ppm以下的范围内包含氢原子或惰性原子、具有在0.01％以上且100％以下的范围内的原子空位密度的最大峰值、且透光性比基板21低。原子空位密度优选为0.1％以上且优选为10％以下。不与形成金刚石晶格的碳键合的碳原子和不同种类的原子的总原子浓度优选为1ppm以上，更优选为10ppm以上，且优选为5％以下，更优选为1％以下。例如，在引入其中实施气相合成的室中的气体中，甲烷气体相对于氢气的浓度为10％以上，优选为20％以上。然后，光吸收层22中的氢原子或惰性原子能够为8ppm以上且80000ppm以下，且原子空位密度的最大峰值能够落在0.01％以上且100％以下的范围内。此时，在基板的偏角方向与具有5nm以上的Ra的周期性抛光划痕的方向一致的基板上生长光吸收层，使得在基板上形成大台阶聚并(マクロステツプバンチング)(原子水平的五倍以上大的台阶)。

此外，优选在上述条件以及使光吸收层22包含氢原子、氮原子、硅原子、离子原子或磷原子中的至少任一种的杂质的条件下实施气相合成。因此，杂质被引入到除金刚石中的用碳置换的位置之外的位置，因此能够提高原子空位密度并且能够降低光吸收层22的透光性。

在光吸收层22的表面上，优选人工生成的台阶或台阶聚并的台阶的数目为100个台阶/mm²以上且1000000个台阶/mm²以下。因此，有助于元素引入合成气氛中并且也有助于引入原子空位使得满足上述值。能够通过在具有2°以上的偏角的单晶中仅形成宽度为5μm以上的凹槽来人工形成台阶，且台阶的数目等于凹槽的数目。能够通过扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜等观察台阶或台阶聚并。

光吸收层22可以一并包含石墨相和金刚石相。光吸收层22中的金刚石相的含量优选为50体积％以上，且更优选为体积％。金刚石相的含量为50体积％以上使得能够保持光吸收层22的结晶性。因此，能够在光吸收层22的表面上形成具有优异结晶性的金刚石层23。

(生长金刚石层的步骤)

接下来参考图2(C)，通过气相合成法在光吸收层22的主表面上生长透光性比光吸收层22高的金刚石层23。作为生长的条件，能够使用与第一实施方案的条件类似的条件。

[第三实施方案]

本发明实施方案中的金刚石是如下的金刚石，其包含：金刚石层；和光吸收层，所述光吸收层配置在所述金刚石层的一个表面上并且透光性与所述金刚石层不同，并且所述光吸收层的表面包含如下中的至少一者：长度为100μm以下的金刚石裂纹、最大直径为100μm以下的石墨层和长度为200μm以上的石墨层。光吸收层是指5nm以上的层。石墨层不一定是石墨的结晶层，并且广义上是指具有在通过拉曼光谱法给出的1500cm^-1～1600cm^-1的拉曼位移附近出现的被称为G带的峰的石墨层。长度为200μm以上的石墨层是指连续形成的且在其中能够画出200μm的直线的石墨层。对于金刚石，当金刚石的表面被平坦化时，由于光吸收层是金刚石键的强度弱的层，因此容易除去光吸收层的表面中的金刚石裂纹和/或石墨。因此，这样的金刚石的表面易于平坦化并且金刚石易于加工以用于各种用途。此外，上述金刚石能够通过第一和第二实施方案中的制造金刚石的方法制造。在这种情况下，能够缩短与基板分离的时间并由此降低制造成本。具有弱的键的光吸收层可以残留，因为当将金刚石与另一种材料接合时光吸收层作为缓冲材料，因此是有效的。

此外，本发明的一个方面的金刚石包含：金刚石层；和光吸收层，所述光吸收层配置在所述金刚石层的一个表面上并且透光性与所述金刚石层不同。光吸收层的表面包含如下中的至少一者：凹坑、露出所述金刚石层的近似圆形的区域和近似圆形的石墨层。凹坑、露出金刚石层的近似圆形的区域和近似圆形的石墨层各自由于当使光吸收层吸收光时的光吸收层的膨胀而产生，并且因诸如激光的脉冲光的扫描而以一排凹坑、圆形区域或圆形石墨层的形状产生。需要说明的是，所有脉冲都产生这样的特征形状，并且只有满足特定条件的一部分脉冲才产生这样的特征形状。对于金刚石，当金刚石的表面被平坦化时，如上所述，容易除去光吸收层的表面中的金刚石裂纹和/或石墨。这是由于同样如上所述的光吸收层。因此，这样的金刚石的表面易于平坦化，并且金刚石易于加工以用于各种用途。此外，金刚石能够通过第一和第二实施方案中的制造金刚石的方法制造。在这种情况下，能够缩短与基板分离的时间并由此降低制造成本。此外，如上所述，具有弱的键的光吸收层可以残留，因为当将金刚石与另一种材料接合时，光吸收层作为缓冲材料。特征形状表现出增加接合强度的效果。

本发明的一个方面的金刚石是如下的金刚石，其包含：金刚石层；和光吸收层，所述光吸收层配置在所述金刚石层的一个表面上并且透光性与所述金刚石层不同，并且所述光吸收层的晶体应变被转移至所述金刚石层的一部分。在光吸收层中，金刚石键断裂且因此键的强度变弱，导致结晶性劣化。需要说明的是，因为需要在最外层上外延生长单晶，所以最表面保持单晶的规则性是重要的。晶体应变不是诸如位错的晶体缺陷，而是对应晶轴或晶面的波动。随着晶体在最表面上的连续生长，相关应变愈合。除应变之外，优选外延生长的金刚石层保持使金刚石中的杂质组成或应变(包括位错和光学应变)保持受控(生长温度以下，例如1300℃以下)的状态，且外延膜中的杂质或应变的凝聚不会由于在1000℃以上或1300℃以上的温度下的退火等而改变。这是因为如下原因，优选为了用作工具用材料而进行优化从而不容易缺损的金刚石材料不发生变化，或者期望为了用作散热器或窗口用材料而优化的翘曲量或裂纹减少比例不因退火而改变。需要说明的是，本发明的一个方面的金刚石的表面不具有随机弯曲的具有1μm以上的深度的划痕，所述划痕可能是由于电化学腐蚀而产生并且当在金刚石中包含不同种类的元素时容易出现所述划痕。

金刚石优选包含电阻率为10^-4Ω·cm以上且小于10⁹Ω·cm并且厚度为1μm以上的层。电阻率更优选为10^-4Ω·cm以上且小于10⁶Ω·cm，进一步优选为10^-4Ω·cm以上且小于10³Ω·cm，且尤其优选为10^-4Ω·cm以上且小于50Ω·cm。当金刚石含有能够赋予导电性的程度的杂质时，金刚石相对于绝对高纯度材料的“弯曲”能力更高且因此金刚石裂纹的可能性减少。这种金刚石是不易缺损的材料，并且适合用于工具。

优选地，金刚石为厚度为50μm以上并且仅由电阻率为10^-4Ω·cm以上且小于10⁹Ω·cm的层形成的自立的单体。电阻率更优选为10^-4Ω·cm以上且小于10⁶Ω·cm，进一步优选为10^-4Ω·cm以上且小于10³Ω·cm，且尤其优选为10^-4Ω·cm以上且小于50Ω·cm。当金刚石含有能够赋予导电性的程度的杂质时，金刚石相对于绝对高纯度材料的“弯曲”能力更高且因此金刚石裂纹的可能性减少。这种金刚石是不易缺损的材料，并且适合用于工具。

优选地，金刚石每10mm的垂直位移为100μm以下，并且具有直径为12mm以上的主表面尺寸。每10mm的垂直位移更优选为50μm以下、25μm以下和10μm以下。主表面的直径尺寸更优选为50mm以上、75mm以上、100mm以上和150mm以上。因此，金刚石翘曲程度较小或没有翘曲并且具有大的尺寸，这使得金刚石能够适用于各种工具。

当通过气相合成法在不同种类的基板上合成多晶金刚石且然后除去所述不同种类的基板时，基板的前侧的粒径总是其后侧的粒径的至少10倍大或是其后侧的粒径的至少1/10大。如果以使基板的前侧的粒径与其后侧的粒径相同的方式实施抛光，则基板翘曲为200μm/10mm以上。对于本实施方案中的金刚石，金刚石的翘曲落在上述范围内且因此能够解决这个问题。在此200μm/10mm的翘曲是指在离表面重心点向内10mm的点处的200μm的垂直位移，并且该垂直位移是从重心点的位移。即，每10mm的垂直位移为200μm。当翘曲大时，垂直位移不严格地与向内的距离成比例。然而，当由Tanθ＝(垂直位移)/(向内的距离)表示的角度θ为若干度以下时，可以认为在简单的数学方面基本上成比例(即，对于尺寸小于10mm的基板，其对应20μm/1mm等)。

较大尺寸的金刚石更有可能出现翘曲和裂纹。然而，在本实施方案中，即使当尺寸大时，也可在低温(室温)下在短时间内完成分离，而不会受到热膨胀的影响并且使用低功率的光照射。此外，因为液体不进入窄间隙且因此不能进行电化学腐蚀，所以具有较小翘曲的12mmφ以上的金刚石层难以电化学分离，并且直径为25mm以上的金刚石层不能进行分离。关于翘曲的优选范围，每10mm的垂直位移优选为100μm以下。基板尺寸优选直径为12mm以上。此外，进一步优选直径为25mm以上、直径为50mm以上、直径为75mm以上、直径为100mm以上和直径为150mm以上。不受热影响、具有大尺寸且具有较小翘曲的基板不能通过其它手段进行分离，并且这样的基板只能通过在此公开的方法进行分离。

在作为自立的单体的金刚石中，金刚石的一个主表面中的金刚石晶体的平均粒径与金刚石的另一个主表面中的金刚石晶体的平均粒径之差优选不大于所述一个主表面中的所述金刚石晶体的平均粒径和所述另一个主表面中的所述金刚石晶体的平均粒径中较大的一者的50％。“不大于50％”是指(较大的平均粒径)×0.5≤(较小的平均粒径)。平均粒径是通过用扫描电子显微镜(SEM)观察金刚石表面而获得的粒径的平均值，且观察区域的每一边的尺寸是金刚石中心(表面重心)部分的粒径的10倍大。因此，在晶界的比例方面，前表面与后表面基本相同。因此，前表面和后表面在内部应力和热膨胀系数方面基本上彼此相同。因此，在不同使用温度下的翘曲量方面基本上没有差别，并且具有能够在不同使用温度下制作没有翘曲的基板的效果。此外，平均粒径可以为30μm以上，优选为100μm以上。这是因为当在光吸收层的膨胀部分中存在许多晶界时，强度降低。

[第四实施方案]

本发明实施方案的金刚石复合基板是如下的金刚石复合基板，其包含：第三实施方案中的金刚石；和与所述金刚石接合的不同种类的基板，所述不同种类的基板为不同于金刚石的材料的基板。所述金刚石复合基板可应用于如下用途：包含离子注入层并且与诸如切削刀具的工具接合的材料能够以安装状态沿着离子注入层分离。在这种情况下，切削刀具的柄部等对应于不同种类的基板。

不同种类的基板优选是电阻率小于10⁹Ω·cm的导电基板。电阻率是当在室温下将100V的直流电压施加到厚度为100μm的板上时由直流电流值算出的平均电阻率。当正数和负数彼此不同时，具有较大绝对值的数字是电阻率。在实施方案中的制造金刚石的方法能够在室温下分离金刚石层。因此，当彼此接合的层的热膨胀系数不同或者需要接合构件以将层彼此接合时，能够在不受接合构件的熔点影响的情况下选择要组合的不同种类的基板。因此，对于在某种程度上发生冲击的实施方案中的分离方法，优选存在导电基板。

[第五实施方案]

本发明实施方案中的金刚石接合基板是如下的金刚石接合基板，其包含：基板，所述基板具有光吸收层并且包含金刚石籽晶；和配置在所述基板的主表面上的金刚石层，并且所述光吸收层包含不与金刚石晶格的碳键合的不同种类的原子，并且所述不同种类的原子为选自由如下元素构成的组中的至少一种元素的原子：氢、氮、氧、氦、氖和氩。从这样的接合基板，能够通过脉冲光分离金刚石层从而制造本发明的金刚石。金刚石接合基板可以直接用于工具或散热器。即使在作为工具或散热器的金刚石与不同种类的基板接合的状态下，也能够沿着光吸收层将与基板接合的金刚石分离。

[第六实施方案]

本发明实施方案中的工具是使用第三实施方案中的金刚石的工具。因此，能够获得具有较少缺损或翘曲的优异工具。关于金刚石，与基板分离所花费的时间缩短，因此制造成本降低。

所述工具具体是切削工具如金刚石刀具、钻头、端铣刀、用于钻头的可转位刀片、用于端铣刀的可转位刀片、用于铣削的可转位刀片、用于切削的可转位刀片、金属锯、齿轮切削工具、铰刀、丝锥(タツプ)等。工具不限于切削工具，并且可以是磨削工具、耐磨工具、部件等。磨削工具可以是修整器等。耐磨工具和部件可以是模具、划线器、水射流喷嘴或粉末射流喷嘴或诸如线的引导件。

实施例1

下文中，将参考实施例对本发明的实施方案进行更详细地说明。然而，本发明的实施方案不限于此。

[试样1]

(基板的准备)

首先，准备通过高温高压合成制造的尺寸为6mm×6mm并且厚度为1mm的IIa型单晶金刚石基板。在对基板表面进行机械抛光之后，实施反应离子腐蚀以将基板的表面腐蚀1μm～2μm的厚度。

(光吸收层的形成)

接着，从基板的主表面注入氢离子以形成光吸收层。注入能量为75keV且注入剂量为1×10¹⁷个离子/cm²。光吸收层的深度，即自基板的主表面起算的深度为约0.34μm，且光吸收层的厚度为约0.06μm。目视确认了光吸收层的透光率低于基板的透光率的事实。

以对于800nm波长的透射率测定光吸收层中的原子空位密度，并且估计密度为6％。所述密度可以不进行实测，例如能够通过确定诸如离子注入要注入的材料、注入能量、注入的原子和剂量的条件，通过模拟来确定所述密度。

(金刚石层的形成)

接着，以光吸收层侧的主表面露出的方式将其中形成有光吸收层的基板放置在微波等离子体CVD装置的真空室内。然后，将基板加热至800℃的温度，将真空室内的压力调节为13.3kPa，之后将氢气、甲烷气体和氮气引入真空室中并实施微波等离子体CVD法从而在基板上形成厚度为500μm的单晶金刚石层。此时气体的比例(体积％)为：

氢气∶甲烷气体∶氮气＝92∶8∶0.005。

用普通的紫外可见近红外区域的分光光度计测定基板的透光率(T1)、光吸收层的透光率(T2)和金刚石层的透光率(T3)。对于波长为800nm的光，基板的透光率(T1)与光吸收层的透光率(T2)之比(T2/T1)为70％。对于波长为800nm的光，光吸收层的透光率(T2)与金刚石层的透光率(T3)之比(T2/T3)为70％。

(金刚石层的分离)

接着，从金刚石层的主表面施加波长为1.06μm的YAG激光。以40微秒的脉冲间隔和10纳秒的脉冲宽度施加激光，并以在主表面上的光的直径为30μm的方式会聚激光。此时，激光的焦点位于光吸收层的内部。激光的扫描速度为25mm/秒。激光的脉冲输出(A)在1μJ以上且小于1mJ的范围内变化。即，金刚石层的主表面上的每个脉冲的照射积分通量为1J/mm²以上且1100J/mm²以下。在从室温空气(25℃)、冷却空气(-5℃)、纯水(25℃)和市售机器润滑油(25℃)中选择的一种物质中施加激光。结果，将基板与金刚石层彼此分离。将在室温空气中实施分离所花费的时间示于表1中。

(评价)

对于这样获得的基板和金刚石层，基于如下标准进行评价。

A：作为用普通光学显微镜以20倍的放大倍率观察的结果，在基板和金刚石层两者中都没有产生裂纹，且分离表面的表面粗糙度(Ra)为Ra≤0.1μm。

B：在基板和金刚石层两者中都没有产生裂纹，并且分离表面的表面粗糙度(Ra)为0.1μm＜Ra＜1μm。

C：在基板和金刚石层中的至少一者中产生裂纹，或者分离表面的表面粗糙度(Ra)为Ra≥1μm。

用普通光学显微镜以20倍的放大倍率观察裂纹的产生。使用基于白光干涉法的原理的光学显微镜的三维轮廓仪测定表面粗糙度。

将在室温空气中用激光照射的试样评定为B等级，并且将在冷却空气、纯水和油中用激光照射的试样评定为A等级。将结果示于表2中。

[试样2～35]

对于试样2至35，除了通过离子注入注入的离子的种类和用于施加激光的条件为表1和表2中所示的之外，通过与试样1类似的方法将基板与金刚石层彼此分离。对于试样11、25和32，从基板的主表面而不是金刚石层的主表面施加激光。

基于与试样1类似的标准对这样获得的基板和金刚石层进行评价。将结果示于表2中。

将在室温空气中用激光照射的试样评定为B或C等级，并且将在冷却空气、水溶液和油中用激光照射的试样评定为A等级或B等级。将结果示于表2中。

实施例2

[试样36]

准备与试样1类似的基板，并且通过与试样1类似的方法形成光吸收层和金刚石层。

(金刚石层的分离)

接着，从金刚石层的主表面施加闪光灯光。闪光灯光为氙闪光灯光，氙闪光灯光被会聚至直径为5mm，将波长小于500nm的光和波长大于1.25μm的光截断以选择性使用具有500nm以上且1.25μm以下的波长的光。以使得脉冲间隔为8毫秒、脉冲宽度为1微秒且在主表面上的直径为1mm的方式将闪光灯光物理截断。此外，施加会聚至0.1mm的光。此时，闪光灯光的焦点位于光吸收层的内部。闪光灯光的扫描速度(实际上移动了试样)为10mm/秒。闪光灯光的脉冲输出(A)在250mJ以上且小于10J的范围内变化。即，在金刚石层的主表面上每1毫秒脉冲宽度的照射积分通量为100mJ/mm²以上且1000mJ/mm²以下。在从室温空气(25℃)、冷却空气(-5℃)、纯水(25℃)和市售机器润滑油(25℃)中选择的一种物质中施加闪光灯光。结果，将基板与金刚石层彼此分离。将在室温空气中实施分离所花费的时间示于表3中。

(评价)

对于这样获得的基板和金刚石层，基于与试样1类似的标准进行评价。将结果示于表4中。

表4

将在室温空气中用激光照射的试样评定为B等级，并且将在冷却空气、纯水和油中用激光照射的试样评定为A等级。

[试样37～49]

对于试样37～49，除了通过离子注入注入的离子的种类和用于施加闪光灯光的条件为表3和表4中所示的之外，通过与试样36类似的方法将基板与金刚石层彼此分离。

基于与试样36类似的标准对这样获得的基板和金刚石层进行评价。将结果示于表4中。

将在室温空气中用激光照射的试样评定为B等级或C等级，将在冷却空气中用其照射的试样评定为A等级、B等级或C等级，并且将在纯水和油中用激光照射的试样评定为A等级。

实施例3

[试样51～64]

对于试样51～55和试样58～62，通过与实施例1中的试样1～5各自类似的方法在基板上形成光吸收层和金刚石层。对于试样56、57，除了注入的离子的种类之外，通过与实施例1类似的方法在基板上形成光吸收层和金刚石层。

对于上述试样，在表5中所示的激光照射条件下进行分离实验。激光的脉冲宽度为12皮秒或0.01皮秒，并且仅在纯水中实施激光照射。

与实施例1相比，所有试样需要较长的分离时间。然而，对于所有试样，使用表5中所示的注入离子的种类完成分离。在注入硼离子或磷离子的情况下，如本实施例中一样用较短的脉冲宽度充分地完成分离。在如试样58～64的较短脉冲间隔的情况下，用较小的照射积分通量更充分地完成分离。对于相同的试样，脉冲间隔为0.006皮秒的脉冲不能防止裂纹。

实施例4

[试样65～72]

(基板的准备)

使用通过高温高压合成制造的Ib型基板(市售产品)，表面的粗糙度Ra为约7nm，且基板的偏角3°的方向与表面粗糙度的周期方向在20°内一致。

(光吸收层的形成)

在本实施例中，通过微波等离子体CVD法形成光吸收层。将基板放置在微波等离子体CVD装置的真空室中。然后，将基板加热至1000℃的温度，将真空室中的压力调节至90托，之后将氢气和甲烷气体引入真空室中并实施微波等离子体CVD法从而在基板上形成厚度为10μm以下的光吸收层。此时气体之间的比例(体积％)为：

氢气∶甲烷气体＝100∶18。

在添加不同种类的原子的情况下，将相对于甲烷气体为0.01％以上的不同种类的原子的气体添加至所述气体。

(金刚石层的形成)

接着，将在其上形成有光吸收层的基板的温度加热至1100℃以上，将甲烷气体的浓度调节为8％以下，并且在基板上形成具有高透光率的500μm厚的金刚石层。通过与在没有光吸收层的基板上进行生长形成的金刚石层进行比较，确认了在该条件下实现了较高透光率的事实。

(金刚石层的分离)

进行如下实验，其中从制作的试样的金刚石层的表面施加激光从而分离金刚石层。将用激光照射的条件示于表6中。

(结果)

在通过微波等离子体CVD法形成光吸收层的情况下，能够通过激光来完成分离。基于离子注入的结果校准原子空位并且基于带正电荷的电子的消失评价原子空位。在光吸收层中的原子空位小于0.01％的情况下或在不与晶格中的碳键合的不同种类的原子小于0.1ppm的情况下，在本条件下不可能进行分离。此外，在脉冲的照射积分通量增加到大于800J/mm²的情况下，存在金刚石层或基板在分离之前破碎的问题，即不能以合适的状态分离。

实施例5

[试样73～82]

(基板的准备和光吸收层的形成)

通过与试样1类似的方法，在基板上形成光吸收层。对于试样80，使用(111)面取向的基板。对于其他试样，使用(100)面取向的基板。对于试样76，使用镶嵌单晶基板。将基板的尺寸示于表7中。

(金刚石层的形成)

接着，以使光吸收层的主表面露出的方式将在其上形成有光吸收层的基板放置在微波等离子体CVD装置的真空室内。然后，将基板的温度加热至800℃，将真空室内的压力调节为13.3kPa，之后将由氢气、甲烷气体和氮气构成的气体混合物以及作为掺杂剂的杂质气体引入真空室中并实施微波等离子体CVD法从而在基板上形成具有表7中所示的厚度的单晶金刚石层。

通过使用包含甲烷浓度为8％的气体混合物和相对于甲烷气体浓度为100ppm的乙硼烷气体的气体来合成试样73、74的硼掺杂单晶金刚石层(表7中表示为“硼掺杂层”)。尽管有些蓝黑色，但是形成了具有导电性(若干Ω·cm)的金刚石层。

对于试样75、76，通过与实施例1类似的方法形成具有高透光性的金刚石层。对于试样76，形成镶嵌单晶。

对于试样77，除了将0.01％的氮添加到甲烷气体中之外，在与实施例1的高透光率的金刚石层相同的条件下制作金刚石层。尽管稍微着色，但获得了在室温下具有10¹⁰Ω·cm以上的电导率的金刚石层。翘曲相当小。

对于试样78、79，通过与实施例1类似的方法形成高透光率的金刚石层，并且将金属接合到金刚石层上。在金刚石层上气相沉积Ti，改善金属润湿性，之后将通常使用的焊料材料在电热板上熔融并进行接合。

对于试样80，在磷掺杂条件下形成金刚石层。电阻率为约10³Ω·cm。在金刚石层的表面上涂布常用的SOG，在其上铺设石英，并且将它们进行烘焙以便接合。

对于试样81，在与试样78相同的未掺杂金刚石层(表7中表示为“未掺杂层”)上气相沉积100nm的Ti，通过CVD法形成约5μm的SiO₂，实施用于平坦化的抛光，并将其与平坦化的石英基板物理接合。

对于试样82，将石英基板接合到与试样78相同的未掺杂金刚石层上，它们之间具有双组分固化型树脂。

(金刚石层的分离)

对于所有试样，从基板侧施加光，并且在纯水中进行分离。

(结果)

对于所有试样，在30分钟内完成分离。

对于所有试样，在金刚石层的分离表面中确认了如下中的任意一者：(a)长度为1μm～10μm的金刚石裂纹、(b)最大直径为5μm～50μm的石墨层、和(c)长度为200μm～4mm的不定形的石墨层。尽管没有出现(a)和(c)的组合或(b)和(c)的组合，但存在(a)和(b)的组合。(b)或(c)的石墨层在某些情况下为圆形，并且在许多情况下，三个或四个这样的石墨层成一排。相比之下，在(c)的石墨层中，在某些情况下，缺少露出金刚石层的直径为100μm的圆形区域，并且同样地在许多情况下这样的区域也成一排。检查基本上不存在石墨层的区域的表面凹凸，发现表面凹坑成圆形并且这样的圆形凹坑成一排。凹坑的深度在50nm～200nm的范围内。在将Ti气相沉积在分离表面上之后，通过AuSn焊料等将其与不同种类的金属连接。在这种情况下，保持了良好的连接强度，并且与普通金刚石的接合相比，断开的频率较低。

检查分离表面的RHEED图案和RBS沟道特性。然后，发现图案宽度为高压Ib型单晶的1.5倍大，并且沟道特性的chi最小值为10％，即晶体波动大。当实施约1μm～2μm的氢/氧等离子体腐蚀时，图案宽度为1.4倍并且chi最小值为9％，因此不发生显著变化。即，光吸收层的晶体应变被转移至分离表面。

[参考试样]

作为参考试样，准备除了注入碳离子并通过电化学腐蚀进行分离之外分别与试样73～82相同的试样。

对于所有参考试样，甚至在两周后也不可能进行分离。看起来是因为，导电试样不允许电化学腐蚀的电场渗透，因此不可能进行分离。看起来是因为，具有小的翘曲和大的尺寸的试样不允许液体渗透，因此不可能进行分离。在易受电场或酸或碱影响的接合材料的情况下，接合材料被腐蚀并脱落。

实施例6

(基板的准备)

在本实施例中，准备表面中的平均粒径为30μm～300μm的多晶金刚石以用作基板。准备尺寸为25mmφ、50mmφ、75mmφ、100mmφ和150mmφ的基板。

(光吸收层的形成)

通过与试样1类似的方法，注入离子以形成光吸收层。

(金刚石层的形成)

在基板上，在多晶合成条件下形成金刚石层。在50mmφ以下的基板上，通过微波等离子体CVD法生长厚度为400μm的金刚石层。在75mmφ以上的基板上，通过热丝法生长厚度为30μm的金刚石层。气体混合物中甲烷的浓度为5％，压力为110托，且基板温度为950℃。由于75mmφ以上的基板薄并且当分离时易于破碎，因此为了补强而在涂布SOG之后接合石英。由于基板的平均粒径足够大，因此即使当形成具有高透光率的金刚石层时，金刚石层的平均粒径也不显著增加，并且平均粒径仅为约1.1倍～1.2倍。

(金刚石层的分离)

在与试样1类似的激光照射条件下进行分离。对于任何试样，均可在两小时内完成分离。基板的前侧与后侧之间的粒径基本上没有差别，基本上没有翘曲，且每10mm的垂直位移为100μm/10mm以下。

实施例7

在分离金刚石层之前，将试样1加工成切削刀具。在将试样用作切削刀具之后，在刀具与工具(柄部)接合的状态下从表面向离子注入层施加光，并且可以分离该表面。分离露出新的面并且能够将试样再次用作刀具。能够形成多个离子注入层从而通过移动光的焦点而重复地露出新的面。

实施例8

将试样1的分离的单晶金刚石层用于制造拉丝模具(線引きダイス)。甚至在离子注入之后通过激光照射而分离的金刚石层也能够用于拉丝模具。

实施例9

将具有结构为实施例5中所制造的结构的金刚石层的复合体用作散热器。将半导体激光器芯片与金刚石层接合并对激光器通电。然后，能够在比没有金刚石的情况低的温度下完成操作。

应当理解，在此公开的实施方案和实施例在所有方面都是以说明的方式而非限制性的方式给出的。意在使本发明的范围由权利要求书限定，而不是由上述说明限定，并且包括与权利要求等价的含义和范围内的所有变体和变化。

产业实用性

本发明的金刚石在应用于诸如切削工具、磨削工具和耐磨工具的工具以及另外的诸如光学、半导体和电子部件的各种产品时是有用的。

标号说明

1、21：基板；1a：基板的一部分；2、22：光吸收层；3、23：金刚石层；4、24：光。